(57)【要約】【課題】  優れた反射特性を有するＤＢＲ部を備えた面発光型半導体素子及び面発光型半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】  面発光レーザ１は、ＤＢＲ半導体層５ａとＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列されたＤＢＲ部５と、ＤＢＲ部１９と、ＤＢＲ部５とＤＢＲ部１９との間に設けられ活性層１３を含むメサ部９と、メサ部９の側面９ａ上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層１７とを備える。ＤＢＲ部１９は、III−Ｖ族化合物半導体層１７上に設けられており、メサ部９はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、メサ部９の側面９ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない。【選択図】  図１
2006245512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、
第２のＤＢＲ部と、
前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層を含むメサ部と、
前記メサ部の側面上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層と、
を備え、
前記第２のＤＢＲ部は、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられており、
前記メサ部はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、
前記メサ部の頂面及び前記メサ部の底面は、第１及び第２の頂点と、前記第１の頂点から互いに異なる方向に延びる第１及び第２の辺と、前記第２の頂点から互いに異なる方向に延びる第３及び第４の辺と、を含む形状を有しており、
前記第１及び第２の辺は、（０−１−１）面と交差する方向に延びており、
前記第３及び第４の辺は、（０１１）面と交差する方向に延びている、面発光型半導体素子。
【請求項２】
前記第１及び第２の辺と（０−１−１）面とのなす角が３０度以上であり、
前記第３及び第４の辺と（０１１）面とのなす角が３０度以上である、請求項１に記載の面発光型半導体素子。
【請求項３】
第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、
第２のＤＢＲ部と、
前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層を含むメサ部と、
前記メサ部の側面上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層と、
を備え、
前記第２のＤＢＲ部は、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられており、
前記メサ部はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、
前記メサ部の前記側面は（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない、面発光型半導体素子。
【請求項４】
第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部上に、III−Ｖ族化合物半導体から構成される半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に形成されたレジスト膜に、第１及び第２の頂点と、前記第１の頂点から互いに異なる方向に延びる第１及び第２の辺と、前記第２の頂点から互いに異なる方向に延びる第３及び第４の辺と、を含むパターン形状を有するフォトマスクを介して露光を施す工程と、
前記露光が施されたレジスト膜を現像することにより、レジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクを用いて前記半導体層をエッチングすることにより、活性層を含むメサ部を形成する工程と、
前記メサ部の側面上にIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記III−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＤＢＲ部を形成する工程と、
を含み、
前記露光を施す工程では、前記第１及び第２の辺が（０−１−１）面と交差し、前記第３及び第４の辺が（０１１）面と交差するように前記フォトマスクを配置する、面発光型半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の辺と（０−１−１）面とのなす角が３０度以上であり、
前記第３及び第４の辺と（０１１）面とのなす角が３０度以上である、請求項４に記載の面発光型半導体素子の製造方法。
【請求項６】
第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部上に、III−Ｖ族化合物半導体から構成される半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングすることにより、（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない側面を有し活性層を含むメサ部を形成する工程と、
前記メサ部の前記側面上にIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記III−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＤＢＲ部を形成する工程と、
を含む、面発光型半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光型半導体素子及び面発光型半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光型半導体素子、例えば垂直共振型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）として、ポスト型の面発光レーザ及び埋め込み型の面発光レーザ（例えば、非特許文献１及び２参照）が知られている。ポスト型の面発光レーザでは、光を閉じ込めることが困難であり、単一モードの光を出射するためにはポスト径を絞る必要がある。一方、埋め込み型の面発光レーザでは、かかる問題が生じ難い。
【非特許文献１】THETRANSACTIONS OF THE IECE OF JAPAN,VOL.E 69, NO.9 SEPTEMBER 1986 p.923-924
【非特許文献２】伊賀健一・小山二三夫共著、「面発光レーザ」、オーム社、ｐ．１６１−１６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１４は、埋め込み型の面発光レーザの一例を模式的に示す断面図である。図１４に示される面発光レーザ１０１は、（１００）面を主面１０３ａとする基板１０３と、基板１０３上に設けられた半導体ＤＢＲ部１０５と、半導体ＤＢＲ部１０５上に設けられた半導体メサ部１０９と、半導体メサ部１０９の側面１０９ａ上に設けられた半導体埋め込み層１１７と、半導体埋め込み層１１７上に設けられた半導体ＤＢＲ部１１９と、を備える。半導体メサ部１０９は、半導体層１１１と、半導体層１１１上に設けられた活性層１１３と、活性層１１３上に設けられた半導体層１１５とからなる。半導体メサ部１０９は、側面１０９ａ、頂面１０９ｂ及び底面１０９ｃを有している。半導体埋め込み層１１７は、半導体メサ部１０９の頂面１０９ｂ上にも設けられている。
【０００４】
図１５は、半導体メサ部１０９の高さ方向（＜１００＞方向）から見た半導体メサ部１０９を模式的に示す図である。半導体メサ部１０９の頂面１０９ｂ及び底面１０９ｃの形状は、＜０１１＞方向及び＜０１−１＞方向に延びる辺から構成される四角形である。底面１０９ｃは、＜１００＞方向から見て頂面１０９ｂよりも大きい。半導体メサ部１０９の頂面１０９ｂは（１００）面から構成されており、側面１０９ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を含む。なお、図１４は、図１５に示されるXVI−XVI線に沿った断面図に対応する。
【０００５】
しかしながら、本発明者らは上述の面発光レーザ１０１について以下のことを見出した。面発光レーザ１０１の場合、半導体メサ部１０９の側面１０９ａ上に半導体埋め込み層１１７を形成すると、図１６(ａ)に示されるように、（１１１）面及び（１−１１）面上において半導体埋め込み層１１７が異常成長してしまう。その結果、図１４に示されるように、半導体埋め込み層１１７における（１１１）面及び（１−１１）面上の部分に突起１１７ａが生じてしまう。突起１１７ａの高さは、例えば１μｍ〜数μｍ程度であり、半導体埋め込み層１１７の厚さに依存する。このような半導体埋め込み層１１７上に形成される半導体ＤＢＲ部１１９では平坦性が不十分となるので、半導体ＤＢＲ部１１９の反射特性が低下してしまう。なお、図１６(ａ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見た半導体メサ部１０９を模式的に示す図である。
【０００６】
また、図１６(ｂ)に示されるように、半導体メサ部１０９の頂面１０９ｂ及び底面１０９ｃの形状が円形の場合であっても、四角形の場合と同様に、（１１１）面及び（１−１１）面上において半導体埋め込み層１１７が異常成長してしまう。その結果、半導体ＤＢＲ部１１９の反射特性はやはり低下してしまう。なお、図１６(ｂ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見た半導体メサ部を模式的に示す図である。
【０００７】
そこで、本発明は、優れた反射特性を有するＤＢＲ部を備えた面発光型半導体素子及び面発光型半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明の第１の側面に係る面発光型半導体素子は、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、第２のＤＢＲ部と、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層を含むメサ部と、前記メサ部の側面上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層と、を備え、前記第２のＤＢＲ部は、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられており、前記メサ部はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、前記メサ部の頂面及び前記メサ部の底面は、第１及び第２の頂点と、前記第１の頂点から互いに異なる方向に延びる第１及び第２の辺と、前記第２の頂点から互いに異なる方向に延びる第３及び第４の辺と、を含む形状を有しており、前記第１及び第２の辺は、（０−１−１）面と交差する方向に延びており、前記第３及び第４の辺は、（０１１）面と交差する方向に延びている。
【０００９】
本発明の第１の側面に係る面発光型半導体素子によれば、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が抑制される。これは、メサ部の側面が（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、この面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が優れた反射特性を有する。
【００１０】
また、前記メサ部の前記頂面及び前記メサ部の前記底面の形状は多角形であることが好ましい。この場合、メサ部の設計が容易になる。
【００１１】
また、前記第１及び第２の辺と（０−１−１）面とのなす角が３０度以上であり、前記第３及び第４の辺と（０１１）面とのなす角が３０度以上であることが好ましい。ここで、上記「なす角」とは鈍角ではなく鋭角の方を意味する。
【００１２】
この場合、なす角が３０度未満の場合に比べて、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が更に抑制される。よって、この面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が更に優れた反射特性を有する。
【００１３】
また、本発明の第２の側面に係る面発光型半導体素子は、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部と、第２のＤＢＲ部と、前記第１のＤＢＲ部と前記第２のＤＢＲ部との間に設けられ活性層を含むメサ部と、前記メサ部の側面上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層と、を備え、前記第２のＤＢＲ部は、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられており、前記メサ部はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されており、前記メサ部の前記側面は（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない。
【００１４】
本発明の第２の側面に係る面発光型半導体素子によれば、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が抑制される。これは、メサ部の側面が（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、この面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が優れた反射特性を有する。
【００１５】
また、本発明の第１の側面に係る面発光型半導体素子の製造方法は、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部上に、III−Ｖ族化合物半導体から構成される半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に形成されたレジスト膜に、第１及び第２の頂点と、前記第１の頂点から互いに異なる方向に延びる第１及び第２の辺と、前記第２の頂点から互いに異なる方向に延びる第３及び第４の辺と、を含むパターン形状を有するフォトマスクを介して露光を施す工程と、前記露光が施されたレジスト膜を現像することにより、レジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクを用いて前記半導体層をエッチングすることにより、活性層を含むメサ部を形成する工程と、前記メサ部の側面上にIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＤＢＲ部を形成する工程と、を含み、前記露光を施す工程では、前記第１及び第２の辺が（０−１−１）面と交差し、前記第３及び第４の辺が（０１１）面と交差するように前記フォトマスクを配置する。
【００１６】
本発明の第１の側面に係る面発光型半導体素子の製造方法によれば、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が抑制される。これは、メサ部の側面が（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、得られる面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が優れた反射特性を有する。
【００１７】
また、前記フォトマスクの前記パターン形状は多角形であることが好ましい。この場合、メサ部を形成し易くなる。
【００１８】
また、前記第１及び第２の辺と（０−１−１）面とのなす角が３０度以上であり、前記第３及び第４の辺と（０１１）面とのなす角が３０度以上であることが好ましい。ここで、上記「なす角」とは鈍角ではなく鋭角の方を意味する。
【００１９】
この場合、なす角が３０度未満の場合に比べて、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が更に抑制される。よって、得られる面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が更に優れた反射特性を有する。
【００２０】
また、本発明の第２の側面に係る面発光型半導体素子の製造方法は、第１のＤＢＲ半導体層と第２のＤＢＲ半導体層とが交互に配列された第１のＤＢＲ部上に、III−Ｖ族化合物半導体から構成される半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記半導体層をエッチングすることにより、（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない側面を有し活性層を含むメサ部を形成する工程と、前記メサ部の前記側面上にIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記III−Ｖ族化合物半導体層上に第２のＤＢＲ部を形成する工程と、を含む。
【００２１】
本発明の第２の側面に係る面発光型半導体素子の製造方法によれば、III−Ｖ族化合物半導体層を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層の異常成長が抑制される。これは、メサ部の側面が（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、得られる面発光型半導体素子では、III−Ｖ族化合物半導体層上に設けられた第２のＤＢＲ部が優れた反射特性を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、優れた反射特性を有するＤＢＲ部を備えた面発光型半導体素子及び面発光型半導体素子の製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２４】
まず、図１及び図２を参照して、実施形態に係る面発光型半導体素子について説明する。
【００２５】
［面発光型半導体素子］
図１は、実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。図１には、面発光型半導体素子の一例として面発光レーザ１が示されている。なお、図１は、図２に示されるI−I線に沿った断面図に対応する。
【００２６】
面発光レーザ１は、第１のＤＢＲ（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）部５と、第２のＤＢＲ部１９と、ＤＢＲ部５とＤＢＲ部１９との間に設けられ活性層１３を含むメサ部９と、メサ部９の側面９ａ上に設けられたIII−Ｖ族化合物半導体層１７とを備える。ＤＢＲ部１９は、III−Ｖ族化合物半導体層１７上に設けられている。これにより電流狭窄構造が得られる。したがって、面発光レーザ１は埋め込み型の面発光レーザである。面発光レーザ１はメサ部９の高さ方向（例えば＜１００＞方向）にレーザ光Ｌを出射する。
【００２７】
本実施形態において、ＤＢＲ部５、メサ部９、III−Ｖ族化合物半導体層１７及びＤＢＲ部１９は、例えば主面３ａに（１００）面を含む基板３上に配列される。一実施例において、基板３は（１００）面を主面とするＧａＡｓ基板である。
【００２８】
ＤＢＲ部５は例えば第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体から構成される。ＤＢＲ部５では、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが、例えば＜１００＞方向に沿って交互に配列される。一実施例において、ＤＢＲ半導体層５ａ及びＤＢＲ半導体層５ｂは、それぞれｎ型のＧａＡｌＡｓ層及びｎ型のＧａＡｓ層である。
【００２９】
ＤＢＲ部１９は例えば第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体から構成される。ＤＢＲ部１９では、例えば、ＤＢＲ半導体層１９ａとＤＢＲ半導体層１９ｂとが＜１００＞方向に沿って交互に配列される。一実施例において、ＤＢＲ半導体層１９ａ及びＤＢＲ半導体層１９ｂは、それぞれｐ型のＧａＡｌＡｓ層及びｐ型のＧａＡｓ層である。ＤＢＲ部１９は、ＤＢＲ半導体層１９ａ及びＤＢＲ半導体層１９ｂに代えて第１及び第２のＤＢＲ誘電体層を有するとしてもよい。
【００３０】
メサ部９は、例えば、半導体層１１と、半導体層１１上に設けられた活性層１３と、活性層１３上に設けられた半導体層１５とを含む。メサ部９の高さは、例えば０．５μｍである。メサ部９はIII−Ｖ族化合物半導体から構成されている。よって、半導体層１１、活性層１３及び半導体層１５は、それぞれIII−Ｖ族化合物半導体から構成されている。活性層１３は、窒素元素（Ｎ）及びヒ素元素（Ａｓ）を含むことが好ましく、ＧａＩｎＮＡｓ又はＧａＮＡｓを含むことがより好ましい。一実施例において、活性層１３はＧａＩｎＮＡｓ層及びＧａＡｓ層から構成される。これにより、長波長帯のレーザ光Ｌが得られる。半導体層１１，１５は、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ等から構成される。
【００３１】
III−Ｖ族化合物半導体層１７は例えば第２導電型のIII−Ｖ族化合物半導体から構成される。III−Ｖ族化合物半導体層１７は、例えばメサ部９の頂面９ｂ上にも設けられており、ＤＢＲ部５とＤＢＲ部１９との間に設けられている。III−Ｖ族化合物半導体層１７は、メサ部９を埋め込む層となる。III−Ｖ族化合物半導体層１７は、複数のIII−Ｖ族化合物半導体層を有する積層体としてもよい。一実施例において、III−Ｖ族化合物半導体層１７はｐ型のＧａＩｎＰ層である。
【００３２】
また、本実施形態では、ＤＢＲ部５とメサ部９との間に例えば第１導電型のIII−Ｖ族化合物半導体層７が設けられている。III−Ｖ族化合物半導体層７は、例えば、ＤＢＲ部５とIII−Ｖ族化合物半導体層１７との間に配置されている。III−Ｖ族化合物半導体層７は、複数のIII−Ｖ族化合物半導体層を有する積層体としてもよい。一実施例において、III−Ｖ族化合物半導体層７はｎ型のＧａＩｎＰ層である。
【００３３】
ＤＢＲ部１９上には、必要に応じて樹脂層２１及び電極２３が設けられる。樹脂層２１は例えばポリイミド樹脂から構成される。樹脂層２１上には、電極２３に電気的に接続された電極パッド２５が設けられるとしてもよい。基板３の主面３ａと反対側の面３ｂ上には、例えば電極２７が設けられている。電極２３と電極２７との間に電圧を印加すると、活性層１３に電流が供給され、レーザ光Ｌが出射される。
【００３４】
図２は、メサ部９の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部９の具体的な形状の一例を模式的に示す図である。メサ部９の側面９ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含んでいない。
【００３５】
また、メサ部９の頂面９ｂは、例えば、第１の頂点９ｄと、頂点９ｄから互いに異なる方向に延びる第１の辺９ｅ及び第２の辺９ｆと、第２の頂点１０ｄと、頂点１０ｄから互いに異なる方向に延びる第３の辺１０ｅ及び第４の辺１０ｆと、を含む形状を有している。一方、メサ部９の底面９ｃは、例えば、第１の頂点９ｇと、頂点９ｇから互いに異なる方向に延びる第１の辺９ｈ及び第２の辺９ｉと、第２の頂点１０ｇと、頂点１０ｇから互いに異なる方向に延びる第３の辺９ｈ及び第４の辺９ｉと、を含む形状を有している。
【００３６】
このとき、辺９ｅ，９ｆ，９ｈ，９ｉは、メサ部９を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０−１−１）面と交差する方向に延びることが好ましい。辺１０ｅ，１０ｆ，１０ｈ，１０ｉは、メサ部９を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０１１）面と交差する方向に延びることが好ましい。
【００３７】
メサ部９の頂面９ｂ及びメサ部９の底面９ｃの形状は、例えば三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であることが好ましい。この場合、メサ部９の設計が容易になる。また、メサ部９の頂面９ｂ及びメサ部９の底面９ｃの形状が正多角形であると、メサ部９の対称性が向上する。一実施例において、頂面９ｂ及び底面９ｃの形状は互いに相似な正方形である。底面９ｃは、例えばメサ部９の高さ方向から見て頂面９ｂよりも大きい。なお、頂面９ｂ及び底面９ｃの形状は多角形に限定されず、外形の一部に曲線が含まれていてもよい。また、底面９ｃの形状は頂面９ｂの形状と相似でなくてもよい。
【００３８】
上記構造を有する面発光レーザ１によれば、III−Ｖ族化合物半導体層１７をメサ部９の側面９ａ上に形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層１７の異常成長が抑制される。これは、メサ部９の側面９ａが（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、この面発光レーザ１では、III−Ｖ族化合物半導体層１７上に設けられたＤＢＲ部１９の平坦性が向上するので、ＤＢＲ部１９の反射率を高精度に制御させることができる。したがって、ＤＢＲ部１９は優れた反射特性を有する。
【００３９】
また、辺９ｅ，９ｆ，９ｈ，９ｉと（０−１−１）面とのなす角θが、いずれも３０度以上９０度以下であり、辺１０ｅ，１０ｆ，１０ｈ，１０ｉと（０１１）面とのなす角θが、いずれも３０度以上９０度以下であることが好ましい。この場合、なす角θが３０度未満の場合に比べて、III−Ｖ族化合物半導体層１７を形成する際に、III−Ｖ族化合物半導体層１７の異常成長が更に抑制される。よって、ＤＢＲ部１９は更に優れた反射特性を有する。一実施例において、なす角θは４５度である。
【００４０】
続いて、図１及び図３〜図９を参照して、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法について説明する。以下、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法の一例として面発光レーザ１の製造方法について説明する。
【００４１】
［面発光型半導体素子の製造方法］
図３(ａ)及び図３(ｂ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す工程断面図である。図４(ａ)、図５(ａ)、図６(ａ)及び図７(ａ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す平面図である。図４(ｂ)、図５(ｂ)、図６(ｂ)及び図７(ｂ)は、図４(ａ)、図５(ａ)、図６(ａ)及び図７(ａ)におけるIVb−IVb線、Vb−Vb線、VIb−VIb線及びVIIb−VIIb線にそれぞれ沿った断面図である。図８(ａ)、図８(ｂ)及び図９は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【００４２】
（半導体層形成工程）
まず、図３(ａ)に示されるように、第１のＤＢＲ半導体層５ａと第２のＤＢＲ半導体層５ｂとが交互に配列された第１のＤＢＲ部５上に、III−Ｖ族化合物半導体から構成される半導体層１０を形成する。半導体層１０は、例えば、半導体層１１ａと、半導体層１１ａ上に設けられた半導体層１３ａと、半導体層１３ａ上に設けられた半導体層１５ａとを備える積層体である。半導体層１３ａは活性層１３を形成するための層である。
【００４３】
具体的には、例えば、基板３上にＤＢＲ部５を形成した後に、ＤＢＲ部５上にIII−Ｖ族化合物半導体層７を必要に応じて形成する。その後、III−Ｖ族化合物半導体層７上に、例えば、半導体層１１ａ、半導体層１３ａ及び半導体層１５ａを順に形成する。
【００４４】
（マスク形成工程）
次に、図３(ｂ)、図４及び図５に示されるように、半導体層１０上にレジストマスクＲＭ（マスク）を形成する。なお、レジストマスクＲＭに代えて、シリコン窒化物等の絶縁材料から構成されるマスクを形成するとしてもよい。具体的には、レジストマスクＲＭは例えば以下のように形成される。
【００４５】
＜レジスト膜形成工程＞
まず、図３(ｂ)に示されるように、半導体層１０上にレジスト膜Ｒを形成する。
【００４６】
＜露光工程＞
次に、図４(ａ)及び図４(ｂ)に示されるように、レジスト膜Ｒに、フォトマスクＭを介して露光を施す。レジスト膜Ｒがネガ型のフォトレジストから構成される場合、フォトマスクＭは、例えば、光透過パターン部Ｍ１と、光透過パターン部Ｍ１を取り囲む遮光部Ｍ２とを有する。露光の際には、例えば紫外線等の光Ｌ１が光透過パターン部Ｍ１を透過してレジスト膜Ｒに照射される。
【００４７】
光透過パターン部Ｍ１は、第１の頂点ｍ１と、頂点ｍ１から互いに異なる方向に延びる第１の辺ｍ２及び第２の辺ｍ３と、第２の頂点ｎ１と、頂点ｎ１から互いに異なる方向に延びる第３の辺ｎ２及び第４の辺ｎ３と、を含むパターン形状を有する。光透過パターン部Ｍ１のパターン形状は、例えば三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であることが好ましい。この場合、メサ部９の形成が容易になる。また、光透過パターン部Ｍ１のパターン形状が正多角形であると、対称性の高いメサ部９を形成できる。一実施例では、光透過パターン部Ｍ１のパターン形状は正方形である。なお、レジスト膜Ｒがポジ型のフォトレジストから構成される場合、フォトマスクＭは、例えば、遮光パターン部と、遮光パターンを取り囲む光透過部とを有する。
【００４８】
露光工程では、図４(ａ)に示されるように、光透過パターン部Ｍ１の辺ｍ２，ｍ３が、半導体層１０を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０−１−１）面と交差し、光透過パターン部Ｍ１の辺ｎ２，ｎ３が、半導体層１０を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０１１）面と交差するようにフォトマスクＭを配置することが好ましい。一実施例において、辺ｍ２，ｍ３と（０−１−１）面とのなす角θは例えば４５度であり、辺ｎ２，ｎ３と（０１１）面とのなす角θは例えば４５度である。
【００４９】
＜現像工程＞
次に、図５(ａ)及び図５(ｂ)に示されるように、露光が施されたレジスト膜Ｒを現像することにより、レジストマスクＲＭを半導体層１０上に形成する。レジストマスクＲＭは、第１の頂点ｒ１と、頂点ｒ１から互いに異なる方向に延びる第１の辺ｒ２及び第２の辺ｒ３と、第２の頂点ｐ１と、頂点ｐ１から互いに異なる方向に延びる第３の辺ｐ２及び第４の辺ｐ３と、を含むパターン形状を有する。レジストマスクＲＭのパターン形状は、例えば、フォトマスクＭの光透過パターン部Ｍ１のパターン形状に対応する。
【００５０】
レジストマスクＲＭのパターン形状は、例えば三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形であることが好ましい。この場合、メサ部９を形成し易くなる。一実施例では、レジストマスクＲＭのパターン形状は正方形である。レジストマスクＲＭの辺ｒ２，ｒ３は、半導体層１０を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０−１−１）面と交差することが好ましい。レジストマスクＲＭの辺ｐ２，ｐ３は、半導体層１０を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶における（０１１）面と交差することが好ましい。一実施例において、辺ｒ２，ｒ３と（０−１−１）面とのなす角θは例えば４５度であり、辺ｐ２，ｐ３と（０１１）面とのなす角θは例えば４５度である。
【００５１】
（エッチング工程）
次に、図６(ａ)及び図６(ｂ)に示されるように、レジストマスクＲＭを用いて半導体層１０をエッチングすることにより、活性層１３を含むメサ部９を形成する。具体的には、例えば、半導体層１１ａ，１３ａ，１５ａがそれぞれエッチングされることにより、半導体層１１、活性層１３及び半導体層１５が形成される。エッチング方法としては、例えば、ウエットエッチング法、ＲＩＥ法等のドライエッチング法等が挙げられる。ウエットエッチング法を用いる場合、エッチング液として、例えばリン酸（Ｈ３ＰＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）の混合液、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）及び水（Ｈ２Ｏ）の混合液等が好適に用いられる。
【００５２】
その後、レジストマスクＲＭを除去することにより、図７(ａ)及び図７(ｂ)に示されるように、メサ部９の頂面９ｂを露出させる。メサ部９は、（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まない側面９ａを有する。
【００５３】
（III−Ｖ族化合物半導体層形成工程）
次に、図８(ａ)に示されるように、メサ部９の側面９ａ上にIII−Ｖ族化合物半導体層１７を形成する。本実施形態では、III−Ｖ族化合物半導体層１７は、例えば、メサ部９の頂面９ｂ及びIII−Ｖ族化合物半導体層７上にも形成される。III−Ｖ族化合物半導体層１７は、例えばＭＯＣＶＤ法等を用いてエピタキシャル成長される。
【００５４】
（第２のＤＢＲ部形成工程）
次に、図８(ｂ)に示されるように、III−Ｖ族化合物半導体層１７上に第２のＤＢＲ部１９を形成する。具体的には、例えば、ＤＢＲ半導体層１９ａとＤＢＲ半導体層１９ｂとを交互にIII−Ｖ族化合物半導体層１７上に形成する。
【００５５】
（樹脂層形成工程）
次に、図９に示されるように、必要に応じてＤＢＲ部１９上に樹脂層２１を形成する。
【００５６】
（電極形成工程）
次に、図１に示されるように、必要に応じてＤＢＲ部１９上に電極２３を形成し、電極２３と電気的に接続された電極パッド２５を樹脂層２１上に形成する。その後、基板３の主面３ａと反対側の面３ｂ上に、必要に応じて電極２７を形成する。
【００５７】
以上の各工程を経ることによって図１に示される面発光レーザ１が製造される。本実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法によれば、III−Ｖ族化合物半導体層１７を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層１７の異常成長が抑制される。これは、メサ部９の側面９ａが（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含まないことに起因する。よって、得られる面発光レーザ１では、III−Ｖ族化合物半導体層１７上に設けられたＤＢＲ部１９が優れた反射特性を有する。
【００５８】
また、露光工程において、フォトマスクＭの光透過パターン部Ｍ１の辺ｍ２，ｍ３と（０−１−１）面とのなす角θが３０度以上９０度以下であり、辺ｎ２，ｎ３と（０１１）面とのなす角θが３０度以上９０度以下であることが好ましい。この場合、なす角θが３０度未満の場合に比べて、メサ部９の側面９ａ上にIII−Ｖ族化合物半導体層１７を形成する際にIII−Ｖ族化合物半導体層１７の異常成長が更に抑制される。よって、ＤＢＲ部１９は更に優れた反射特性を有する。
【００５９】
続いて、図１０〜図１２を参照してメサ部の具体的な形状の変形例について説明する。図１０〜図１２は、メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部の具体的な形状の変形例を模式的に示す図である。図１０〜図１２には、図２に示されるメサ部９の変形例に相当するメサ部９１，９２，９３がそれぞれ示されている。
【００６０】
［メサ部の変形例］
図１０に示されるメサ部９１は、図２に示されるメサ部９を、＜１００＞方向を軸として回転させたものである。メサ部９１の側面９１ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含んでいない。
【００６１】
メサ部９１の頂面９１ｂは、例えば、第１の頂点９１ｄと、頂点９１ｄから互いに異なる方向に延びる第１の辺９１ｅ及び第２の辺９１ｆと、第２の頂点８１ｄと、頂点８１ｄから互いに異なる方向に延びる第３の辺８１ｅ及び第４の辺８１ｆと、を含む形状を有している。一方、メサ部９１の底面９１ｃは、例えば、第１の頂点９１ｇと、頂点９１ｇから互いに異なる方向に延びる第１の辺９１ｈ及び第２の辺９１ｉと、第２の頂点８１ｇと、頂点８１ｇから互いに異なる方向に延びる第３の辺８１ｈ及び第４の辺８１ｉと、を含む形状を有している。
【００６２】
このとき、辺９１ｅ，９１ｆ，９１ｈ，９１ｉは、メサ部９１を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０−１−１）面と交差する方向に延びる。辺８１ｅ，８１ｆ，８１ｈ，８１ｉは、メサ部９１を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０１１）面と交差する方向に延びる。辺９１ｆ，９１ｉと（０−１−１）面とのなす角θ１は、例えば３０度である。辺９１ｅ，９１ｈと（０−１−１）面とのなす角α１は、例えば６０度である。辺８１ｆ，８１ｉと（０１１）面とのなす角α１は、例えば６０度である。辺８１ｅ，８１ｈと（０１１）面とのなす角θ１は、例えば３０度である。
【００６３】
図１１に示されるメサ部９２は、正六角形の頂面９２ｂ及び底面９２ｃを有するものである。メサ部９２の側面９２ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含んでいない。
【００６４】
メサ部９２の頂面９２ｂは、例えば、第１の頂点９２ｄと、頂点９２ｄから互いに異なる方向に延びる第１の辺９２ｅ及び第２の辺９２ｆと、第２の頂点８２ｄと、頂点８２ｄから互いに異なる方向に延びる第３の辺８２ｅ及び第４の辺８２ｆと、を有する。一方、メサ部９２の底面９２ｃは、例えば、第１の頂点９２ｇと、頂点９２ｇから互いに異なる方向に延びる第１の辺９２ｈ及び第２の辺９２ｉと、第２の頂点８２ｇと、頂点８２ｇから互いに異なる方向に延びる第３の辺８２ｈ及び第４の辺８２ｉと、を有する。
【００６５】
このとき、辺９２ｅ，９２ｆ，９２ｈ，９２ｉは、メサ部９２を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０−１−１）面と交差する方向に延びる。辺８２ｅ，８２ｆ，８２ｈ，８２ｉは、メサ部９２を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０１１）面と交差する方向に延びる。辺９２ｅ，９２ｆ，９２ｈ，９２ｉと（０−１−１）面とのなす角θ２は、例えば３０度である。辺８２ｅ，８２ｆ，８２ｈ，８２ｉと（０１１）面とのなす角θ２は、例えば３０度である。
【００６６】
図１２に示されるメサ部９３は、正三角形の頂面９３ｂ及び底面９３ｃを有するものである。メサ部９３の側面９３ａは（１１１）面及び（１−１−１）面を実質的に含んでいない。
【００６７】
メサ部９３の頂面９３ｂは、例えば、第１の頂点９３ｄと、頂点９３ｄから互いに異なる方向に延びる第１の辺９３ｅ及び第２の辺９３ｆ（第４の辺でもある）と、例えば、第２の頂点８３ｄと、頂点８３ｄから辺９３ｆとは異なる方向に延びる第３の辺８３ｅと、を有する。一方、メサ部９３の底面９３ｃは、例えば、第１の頂点９３ｇと、頂点９３ｇから互いに異なる方向に延びる第１の辺９３ｈ及び第２の辺９３ｉ（第４の辺でもある）と、第２の頂点８３ｇと、頂点８３ｇから辺９３ｉとは異なる方向に延びる第３の辺８３ｈと、を有する。
【００６８】
このとき、辺９３ｅ，９３ｆ，９３ｈ，９３ｉは、メサ部９３を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０−１−１）面と交差する方向に延びる。辺８３ｅ，９３ｆ，８３ｈ，９３ｉは、メサ部９３を構成するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の（０１１）面と交差する方向に延びる。辺９３ｅ，９３ｈと（０−１−１）面とのなす角θ３は、例えば３０度である。辺９３ｆ，９３ｉと（０−１−１）面とのなす角α２は、例えば９０度である。辺８３ｅ，８３ｈと（０１１）面とのなす角θ３は、例えば３０度である。辺９３ｆ，９３ｉと（０１１）面とのなす角α２は、例えば９０度である。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７１】
（実施例１）
図１３(ａ)に示されるように、メサ部の頂面及び底面の辺と（０−１−１）面及び（０１１）面とのなす角が１５度となるようにメサ部を形成した。メサ部は、ＧａＩｎＮＡｓ層及びＧａＡｓ層からなる活性層と、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＩｎＰ等から構成される半導体層とからなる。また、メサ部の頂面及び底面は、互いに相似な正方形である。その後、メサ部の側面及び頂面上にＧａＩｎＰ層をエピタキシャル成長させ、ＧａＩｎＰ層上にＤＢＲ部を形成して実施例１の面発光レーザを得た。図１３(ａ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【００７２】
（実施例２）
図１３(ｂ)に示されるように、メサ部の頂面及び底面の辺と（０−１−１）面及び（０１１）面とのなす角を３０度としたこと以外は実施例１と同様にメサ部を形成した。その後、メサ部の側面及び頂面上にＧａＩｎＰ層をエピタキシャル成長させ、ＧａＩｎＰ層上にＤＢＲ部を形成して実施例２の面発光レーザを得た。図１３(ｂ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【００７３】
（実施例３）
図１３(ｃ)に示されるように、メサ部の頂面及び底面の辺と（０−１−１）面及び（０１１）面とのなす角を４５度としたこと以外は実施例１と同様にメサ部を形成した。その後、メサ部の側面及び頂面上にＧａＩｎＰ層をエピタキシャル成長させ、ＧａＩｎＰ層上にＤＢＲ部を形成して実施例３の面発光レーザを得た。図１３(ｃ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【００７４】
（比較例１）
図１６(ａ)に示されるように、半導体メサ部の頂面及び底面の辺と（０−１−１）面及び（０１１）面とのなす角を０度としたこと以外は実施例１と同様に半導体メサ部を形成した。その後、半導体メサ部の側面及び頂面上にＧａＩｎＰ層をエピタキシャル成長させ、ＧａＩｎＰ層上にＤＢＲ部を形成して比較例１の面発光レーザを得た。図１６(ａ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【００７５】
（比較例２）
図１６(ｂ)に示されるように、半導体メサ部の頂面及び底面の形状を円形としたこと以外は実施例１と同様に半導体メサ部を形成した。その後、半導体メサ部の側面及び頂面上にＧａＩｎＰ層をエピタキシャル成長させ、ＧａＩｎＰ層上にＤＢＲ部を形成して比較例２の面発光レーザを得た。図１６(ｂ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【００７６】
（評価結果）
図１３及び図１６に示されるように、実施例１〜３の面発光レーザでは、比較例１，２の面発光レーザに比べて、メサ部の側面上に形成されるＧａＩｎＰ層の異常成長が抑制されていることが確認された。また、上記なす角が大きくなるに連れてＧａＩｎＰ層の異常成長が抑制されることが確認された。特に、上記なす角が３０度以上の場合、ＧａＩｎＰ層の異常成長が顕著に抑制されることが確認された。また、図１３(ｃ)に示されるように、上記なす角が４５度の場合、ＧａＩｎＰ層の異常成長は確認されなかった。以上より、実施例１〜３の面発光レーザが比較例１，２の面発光レーザに比べて優れた反射特性を有するＤＢＲ部を備えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施形態に係る面発光型半導体素子を模式的に示す断面図である。
【図２】メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部の具体的な形状の一例を模式的に示す図である。
【図３】図３(ａ)及び図３(ｂ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図４】図４(ａ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す平面図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)におけるIVb−IVb線に沿った断面図である。
【図５】図５(ａ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す平面図であり、図５(ｂ)は、図５(ａ)におけるVb−Vb線に沿った断面図である。
【図６】図６(ａ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す平面図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)におけるVIb−VIb線に沿った断面図である。
【図７】図７(ａ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す平面図であり、図７(ｂ)は、図７(ａ)におけるVIIb−VIIb線に沿った断面図である。
【図８】図８(ａ)及び図８(ｂ)は、実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図９】実施形態に係る面発光型半導体素子の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
【図１０】メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部の具体的な形状の変形例を模式的に示す図である。
【図１１】メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部の具体的な形状の変形例を模式的に示す図である。
【図１２】メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見たメサ部の具体的な形状の変形例を模式的に示す図である。
【図１３】図１３(ａ)、図１３(ｂ)及び図１３(ｃ)は、なす角がそれぞれ１５度、３０度及び４５度の場合に、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見たメサ部を模式的に示す図である。
【図１４】埋め込み型の面発光レーザの一例を模式的に示す断面図である。
【図１５】半導体メサ部の高さ方向（＜１００＞方向）から見た半導体メサ部を模式的に示す図である。
【図１６】図１６(ａ)及び図１６(ｂ)は、顕微鏡を用いて＜１００＞方向から見た半導体メサ部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…面発光レーザ（面発光型半導体素子）、５…第１のＤＢＲ部、５ａ…第１のＤＢＲ半導体層、５ｂ…第２のＤＢＲ半導体層、９…メサ部、９ａ…メサ部の側面、９ｂ…メサ部の頂面、９ｃ…メサ部の底面、９ｄ…メサ部の頂面の第１の頂点、１０ｄ…メサ部の頂面の第２の頂点、９ｇ…メサ部の底面の第１の頂点、１０ｇ…メサ部の底面の第２の頂点、９ｅ…メサ部の頂面の第１の辺、９ｆ…メサ部の頂面の第２の辺、１０ｅ…メサ部の頂面の第３の辺、１０ｆ…メサ部の頂面の第４の辺、９ｈ…メサ部の底面の第１の辺、９ｉ…メサ部の底面の第２の辺、１０ｈ…メサ部の底面の第３の辺、１０ｉ…メサ部の底面の第４の辺、１０…半導体層、１３…活性層、１７…III−Ｖ族化合物半導体層、１９…第２のＤＢＲ部、Ｒ…レジスト膜、ＲＭ…レジストマスク（マスク）、Ｍ…フォトマスク、Ｍ１…光透過パターン部、ｍ１…光透過パターン部の第１の頂点、ｎ１…光透過パターン部の第２の頂点、ｍ２…光透過パターン部の第１の辺、ｍ３…光透過パターン部の第２の辺、ｎ２…光透過パターン部の第３の辺、ｎ３…光透過パターン部の第４の辺、Ｌ１…光。
【図１】
2006245512.tif 000003
【図２】
2006245512.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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